摘要：本文分析、討論了自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷問題，著重闡述了水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的綜合防雷措施。

　　關(guān)鍵詞：水廠 自動(dòng)化系統(tǒng) 防雷 瞬間過電壓

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（Control）、通訊技術(shù)（Communication）、顯示技術(shù)（CRT）的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，目前水廠的自動(dòng)化控制普遍采用由工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC或可編程控器PLC組成的集數(shù)據(jù)采集、過程控制和信息傳送于一體的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于這些設(shè)備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對(duì)瞬間過電壓的承受能力大幅降低，成為水廠受雷電損害的主要設(shè)備。所以對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)采取有效的保護(hù)措施是非常必要的，明析瞬間過電壓產(chǎn)生途徑和危害是正確采取防護(hù)措施的前提。

　　一、瞬間過電壓的產(chǎn)生

　　瞬間過電壓是指在微妙至毫秒之內(nèi)所產(chǎn)生的的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂過壓（一般電源過壓可能維持?jǐn)?shù)秒及以上），瞬間過電壓有兩種產(chǎn)生途徑：雷擊和電氣開關(guān)動(dòng)作。

　　1、一般構(gòu)筑物避雷網(wǎng)只能保護(hù)其本身免受直擊雷損害，雷擊會(huì)通過以下兩種方式破壞電子設(shè)備：

 　�、僦睋舻诫娫摧斎刖�，經(jīng)電源線進(jìn)入而損害設(shè)備，因電力線上安裝的各種保護(hù)間隙和電力避雷器，只可把線對(duì)地的電壓限制到小于6000伏（IEEE C62.41），而線對(duì)線無法控制。

　�、谝愿袘�(yīng)方式（電阻性、電感性、電容性）偶合到電源、信號(hào)線上，最終損害設(shè)備。

　　2、當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)存儲(chǔ)能量并與電流大小和導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比，當(dāng)電器設(shè)備（大負(fù)荷）開關(guān)時(shí)會(huì)便產(chǎn)生瞬間過電壓而損害設(shè)備。

　　二、瞬間過電壓對(duì)電子設(shè)備的危害

　　瞬間過電壓使電子設(shè)備訊號(hào)或數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)都受到干擾甚至丟失，至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；重復(fù)影響而降低電子設(shè)備壽命甚至立即燒毀元器件及設(shè)備。這一切都會(huì)給生產(chǎn)和工作帶來較大損失。

　　通常水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的控制站都置于構(gòu)筑物之中，網(wǎng)絡(luò)線、電源線鋪設(shè)于電纜溝中，因而遭受直接雷擊的可能性不大，其防護(hù)的主要對(duì)象是雷電波侵入（感應(yīng)）。按國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)雷電波侵入（感應(yīng)）占計(jì)算機(jī)類設(shè)備雷擊事故原因的85%，按成都市自來水總公司資料統(tǒng)計(jì)占水廠自動(dòng)化系統(tǒng)雷擊事故原因的100％。雷電波侵入（感應(yīng)偶合）對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的破壞，主要是通過侵入電源線、天饋線、通訊線和信號(hào)線而分別損壞電源模板、通訊模板、I／O模板；也可能因感應(yīng)從信號(hào)采集線和接地網(wǎng)引入有害的信號(hào)電流和接地電流，損壞自動(dòng)化系統(tǒng)或影響其運(yùn)行。

　　根據(jù)瞬間過電壓產(chǎn)生、危害途徑和自控系統(tǒng)大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監(jiān)測(cè)為一體且分散面廣的特點(diǎn)，我們認(rèn)為對(duì)自控系統(tǒng)要盡可能降低雷電帶來的損失，就必須采取系統(tǒng)的、綜合的防雷措施。特別應(yīng)從配電系統(tǒng)防雷、自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)線路防雷、構(gòu)筑物防雷和合理接地等四方面著手。

　　1、自控配電系統(tǒng)的防雷

　　當(dāng)雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時(shí)，都將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進(jìn)入自控設(shè)備的電源模塊以及從配電線路感應(yīng)到同一電纜溝內(nèi)的自控網(wǎng)絡(luò)線上進(jìn)入自控設(shè)備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號(hào)線路進(jìn)入的要高得多。因此配電線路的防雷是自控系統(tǒng)防雷的重要部份。

　　水廠的配電系統(tǒng)在高、低壓進(jìn)線都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但自控設(shè)備的電源機(jī)盤仍會(huì)遭受雷擊而損壞。這是因?yàn)檫@些措施的保護(hù)對(duì)象是電氣設(shè)備，而自控設(shè)備耐過壓能力低，同時(shí)，這些避雷器啟動(dòng)電壓高而且有些有較大的分散電容，與設(shè)備負(fù)載之間成為分流的關(guān)系，從而加在自控設(shè)備上的殘壓高，至少高于避雷裝置的啟動(dòng)電壓，一般為峰峰值2-2.5倍（單相殘壓不低于800V），極易造成自控設(shè)備損壞。同時(shí)大型設(shè)備啟停產(chǎn)生的操作過電壓也是危害自控系統(tǒng)的重要原因之一。

　　第一級(jí)在變壓器二次側(cè)，主要泄放外線等產(chǎn)生的過電壓，其雷通量大，啟動(dòng)電壓高（920-1800V）。第二級(jí)在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級(jí)殘壓、配電線路上感應(yīng)出的過電壓和其它用電設(shè)備的操作過電壓、其電流通量居中，啟動(dòng)電壓居中（470-1800V）。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對(duì)雷電波同樣有效。末級(jí)在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達(dá)到箝位輸出，其殘壓低，響應(yīng)時(shí)間快。

　　有條件盡可能以從總配電柜開始將自控系統(tǒng)的電源線單獨(dú)布排。各級(jí)避雷器應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備以免雷電侵入波發(fā)生正的全反射。各級(jí)啟動(dòng)電壓可據(jù)系統(tǒng)而定，但末級(jí)應(yīng)盡量達(dá)到箝位輸出。國(guó)內(nèi)和國(guó)外的各系列電子避雷器均有較好的性能。有些還增加了放電管、雷擊計(jì)數(shù)器、避雷器漏電流檢測(cè)電路，其使用、檢測(cè)很方便。自來水司水廠采用電子避雷器后其自控系統(tǒng)一般不會(huì)在再遭受過電壓損壞。

　　2、通訊線、天饋線避雷

　　自控系統(tǒng)通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線（如DH 、MB ），并且一般在安裝時(shí)都是穿管直埋（或電纜溝）鋪設(shè)，所以雷電在此處的感應(yīng)電壓不高（1KV-2KV）。但由于其直接進(jìn)入PLC或計(jì)算機(jī)通訊口這一薄弱環(huán)節(jié)（正常電壓一般為正負(fù)5V、12V、24V、48V等），故損害也很大。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲（據(jù)系統(tǒng)而定），在選用避雷器件時(shí)一般都不采用氧化物避雷器，因?yàn)樗�的分布電容大、�?duì)高頻損耗大，除非對(duì)之進(jìn)行特殊處理。

　　水廠與上級(jí)部門及水廠之間的無線電通訊一般距離近，功率低，其連接線都采用同軸電纜。所以對(duì)天饋的防雷主要是選用同軸電纜避雷器（直擊雷防護(hù)見后）。我們知道，雷電波能量主要集中在工頻和幾百赫的低端，與有用通訊信號(hào)頻段相距很遠(yuǎn)。把這兩種信號(hào)分開的有效手段就是采用高通濾波器，在選用這類產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)據(jù)通訊頻率和傳輸功率而定（天線應(yīng)置于構(gòu)筑物避雷網(wǎng)45°角內(nèi)，否則須有相應(yīng)接地措施）。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的同軸電纜避雷器就是利用這一原理。